道路清掃車的畢業設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 術和優良的配套元件，制造出多種總體布局合理、具有優良險能的各類 掃路車。從 1894 年英國發明第一臺馬拉掃路車算起，掃路車的發展歷史已超過百年。日本、美國、德國、英國等國家從 20 世紀30 年代開始就形成了掃路車量產。目前國外先進的掃路車，都在不斷地提高 ，甚至出現了 機、電、液一體化的智能水平。以美國某公司生產的掃路車為例，其功能動作設計包括了清掃工作中遇到的各種問題，垃圾箱液壓傾倒、盤刷的伸縮、旋轉、提升、避障、記憶、警示、自我保護及檢測等。利用計算機、液壓、傳感檢測、信息處理、自動控制和接口等技術達到機、電、液一體化智能控制的目的。掃路車上使用了溫度、物位、傾角、轉速、貨重 、液位、避障、壓力、電量等多種傳感器。由傳感器采集掃路車控制所需的各種信息。這些信息被送到中央控制計算機，進行運算、存儲、變換、加工等處理，控制系統發出各種命令，執行機構按照要求實現功能。 國內發展現狀 一種先進的技術裝備的研制，必然經歷一個逐步完善的過程。為了擁有先進的技術裝備，滿足國內市場的需求， 國內不少城市從 20世紀 60年代就著手組織科技力量研制掃路車。雖然 到目前，我國研制生產掃路車已有 50 多年的歷史。但相對于國外發達國家 ， 我國掃路車從技術水平、 操作性能 、清掃效果等方面都存在一定的差距。目前 我國生產掃路車的企業有 30 余家。從產銷量和技術實力上看，中聯重科中標事業部（原長沙中標實業有限公司）、煙臺海德專用汽車有限公司和福建龍馬環衛裝備股份有限公司等廠家處于行業的領先地位。國內掃路車的技術主要來源于三方面。一是借鑒國外同類產品的先進技術，并結合我國 現有的技術能力以及我國國情 ，自行開發的產品。二是直接引進國外技術的產品。三是從國家科研院所轉讓技術，再在生產中進行改進的產品。總體而言，我國目前并沒有專門的道路清掃車技術研發中心，沒有專門的自主研發知識產權。再研發上投入的資金也相對比較少，因此 使得 我國清 掃車 產品在整體技術 水平比較低 。 特別是 在控制系統、清掃效率和專業化清掃等方面與國外產品有相當大的差距。國內企業已經認識到，隨著外資企業的不斷進入國內市場，競爭將越來越激烈，產品的技術水平將成為重中之重 ??2 。國內大多數企業都在積極引進國內外先進技術與外國公司進行合作，以提高自己的技術含量較高的產品。在 借鑒 國外先進技術的基礎上，開發新型路面清掃車以期形成產品多功能化、系列化，并進一步提高產品的清掃效率。 2021 屆畢業設計說明書 6 目前主導企業正加快新產品的開發步伐，盡快完成原有產品的統型改 造，完善產品型譜，實現產品的制造切換和市場切換，提高市場份額，提升市場形象。同時加大投資，實施技術改造工程，以形成制造的核心能力，實現產品質量的提高和制造能力的加強。隨著我國不斷加快現代化的進程，綜合經濟實力的不斷發展以及勞動力成本的提高，掃路車的發展日趨完善。路面、場地保潔采用掃路車作業已經成為一種趨勢。 2021 屆畢業設計說明書 7 2 整車結構布置 整車方案 通過 結合 國內外各類掃路車的設計理念、運用技術、使用情況的總結和分析，并參照國家對環衛車輛的排放要求以及政策法規，最終確定了基于實 用方便、性能可靠為最大設計要求進行本車的設計開發。并基于此確定如下整車方案：底盤選用 NKR77LLLACJAY五十鈴國 四 排放標準底盤；根據設計要求配置副發動機以驅動風機和工作裝置；清掃方式采用吸掃結合、干式除塵方式，并且采用利于小噸位干式除塵功能實施的 “ 中間兩盤刷加吸嘴 加滾刷 ” 的工作裝置布置方式，干式除塵時設置簾布密封空間防塵裝置降低揚塵。整車方案確定的具體設計參數如表 1 所示 ： 表 1整車設計參數 外形尺寸 5700 1990 2450 總質量 6130Kg 額定載質量 740kg 整備質量 5260kg 接近角 /離去角 24/13 度 前懸 /后懸 1015/1325mm 軸數 2 軸距 3360mm 前輪距 1504mm 后輪距 1425mm 最高時速 97Km 發動機功率 96KW 整車系統概況 整車共分為 七 大系統：底盤 系統 、副發動機系統、 氣路系統、 液壓系統、盤刷總成、副車架總成、車箱 結構總成 。副發動機是 給草路車各個工作裝置提供動力源 ，其 中，一動力是由離心離合器經過皮帶傳遞給風機，完成抽吸作業，另一動力輸出是由單級齒輪傳動裝置帶動液壓油泵， 通過液壓系統來控制工作裝置 。氣路 系統 由風機、吸 嘴、風 管 、集塵 箱、過濾裝置等組成 。 在清掃 作業 中，液壓系統和氣路系統 都 是由副發動機帶動 提供動力。 液壓系統 通過 液壓油缸 和 液壓馬達控制盤刷機構的升降和盤刷的旋轉清掃動作，同時 還 操縱吸嘴的升降， 滾刷的旋轉， 盤刷系統 液壓馬達、螺紋連桿，彈簧連桿等機構 動作下旋轉清掃、避讓障礙等 。 氣路系統中風機旋轉 使集塵箱內產生 產生負壓，氣流從吸嘴 吸入 ，垃圾 在垃圾箱沉降室內 被收集 起來 。清掃作業完成后，掃路車到達指定地點，油缸控制垃圾箱后門打開，同時控制垃圾箱 舉升 ，完成垃圾傾倒。至此，在各系統的協作配合下，掃路車順利完成了清掃任務。 NKR77LLLACJAY 中型清掃車的功能特點 吸掃方式 該款中型清掃車采用“中置兩盤刷 +后置吸嘴 +滾刷 相結合的吸掃式作業方式。其2021 屆畢業設計說明書 8 工作原理為利用車架底部兩側裝置的兩個左右正反方向旋轉的盤刷將路緣、邊角、護欄下的垃圾輸拋射到車底中間吸入區范圍，再依靠強風力風機使車廂產生負壓，并在管路系統中形成的真空度，由貼近地面的吸嘴經吸管將垃圾吸入垃圾箱內，從而完成對路面垃圾的清掃和保潔，而后置滾刷的目的就是將吸嘴下方的垃圾再次揚起，增大垃圾的懸浮速度，是垃圾更容易被吸進垃圾箱。吸掃式清掃車具有清掃范圍寬， 適應性好，對微細垃圾塵粒的撿拾，輸送效果好等特點。 除塵方式 由于底盤空間的限制，設計的清掃車除清掃路線和清掃寬度要適中，因此，一般是根據路面情況選擇合理的除塵方式，使得清掃車的作業路線和作業空間最長，最合理。并且要求在垃圾吸入垃圾箱后，塵粒要可以停留在垃圾箱內。該款中型吸掃式清掃車的除塵方式即采用重力除塵和慣性除塵、過濾除塵等相結合的方案。 重力除塵的原理：是采用截面積的差異來改變流速從而達到減小慣性。由于垃圾箱的截面積比垃圾吸管的截面積大得多，因此當垃圾與空氣的混合氣吸管進入垃圾箱后，氣體流速 在垃圾箱內將會迅速降低，垃圾塵粒便依靠自身的重力降落到垃圾底部，從而達到收集垃圾的目的。另外，在垃圾箱中設置隔板，因為垃圾塵粒的慣性要比空氣的慣性大得多，這樣當塵粒與擋板發生碰撞后，便會使其改變速度大小和運動方向，從而與輸送氣流分離開來，達到除塵的目的。另外，該清掃車除塵系統中還以鐵鏈簾網和鐵絲濾網方式作為輔助 ??3 。 底盤 目前國內的道路清掃車不沒有采用專用的底盤而是大多采用二類底盤改制而成。本設計的中型清掃車選用 NKR77LLLACJAY五十鈴國 四 排放標準底盤 ，車輛行走部分直接由底盤發動機的驅動，因而不需要對行走部分做設計制造。選用 NKR77LLLACJAY五十鈴國四 排放標準底盤 ，底盤上的發動機可以確保清掃車有較高的行駛速度，其可以給車輛上一一些非參與清掃作業的系統提供能量，同時，發動機的功率充沛，可以將清掃的垃圾迅速轉移的優點。為了克服車輛行走換擋或一些狀況而切換動力，導致各個清掃作業系統的停止工作的狀況，本設計在 NKR77LLLACJAY五十鈴國 四 排放標準底盤 的基礎上增設一臺輔助柴油副發動機。所有清掃作業系統都將由這臺服發動機來提供動力。采用雙 發動機驅動形式的優點：克服了單發動機傳動方式的不足，能夠確保清掃車使用性能的需要，另外，行走系統和工作裝置在動力上各自獨立，行走速度和行走操作不會對工作裝置的作業效果產生影響。 傳動形式 由于清掃車有兩臺發動機，使得清掃車的行走機構的動力傳動和清掃作業機構的動力傳動互不影響，而是相互獨立，其中工作裝置的傳動系統主要包括副發動機、風機及2021 屆畢業設計說明書 9 液壓系統三大核心部分，其傳動形式原理圖如圖 3： 圖 3 清掃車的傳動形式 如圖所示：車輛的行駛有底盤發動機來提供動力，不參與工作裝置的驅 動；而風機和液壓系統通常由副發動機通過離合器和變速裝置來驅動。在傳動路線中，變速裝置由皮帶輪，采用皮帶傳動。盤刷以及后置滾刷的旋轉和擺動、吸口的擺動、尾門的開閉以及垃圾箱的傾倒動作都是通過液壓系統來完成的，其中，盤刷和滾刷的旋轉是靠液壓泵帶動液壓馬達來驅動的，而盤刷和吸嘴的擺動以及尾門開啟、垃圾箱的傾倒則是由液壓油缸來驅動。 清掃裝置 清掃裝置是在車底盤前后輪的中間適當位置安裝兩個盤刷，刷毛由合成塑料來制作。在清掃的過程中，刷毛觸地滾動塑料刷毛，相對于鋼絲它對地面的傷害較小，雖然耐磨性不好，其彈性 好，而且剛度適中，可以提高垃圾塵粒的拋射速度，同時也提高盤刷的工作能力。當盤刷處于作業狀態時，其應該外伸而且下落，并且與路面保持浮動接觸。當在非作業狀態時，盤刷由液壓系統控制收回到一定的高度，這樣可以減小車輛寬度和刷毛的磨損。綜上分析，盤刷的動作機構設計時必須能其實現外伸、下放、浮動和回收提升鎖緊的復合動作。盤刷的升降和伸縮由液壓缸加連桿機構控制，另外還可以機械式控制刷毛的接地壓力，使清掃車保持最佳清掃效果的同時盡量使刷毛的磨損程度最小。采用后置式吸嘴，其位于盤刷稍后、底盤車架兩縱梁之間 ??4 。吸嘴的主要功能是借助垃圾箱的負壓，產生于高速氣流有效地吸入垃圾塵粒。由于吸嘴的結構短，而且直，在負壓的作用下垃圾很容易被吸入垃圾箱內。掃盤的直徑大，而且能伸出車外所以清掃寬度較大。前懸短，使得吸嘴的調整和吸管的更換方便。另外，吸嘴相對于路面的距離主發動機 變速器 驅動車輛行駛 副發動機 離合器 驅動風機 管路系統 液壓泵 液壓馬達 液壓缸 盤刷和滾刷轉動 垃圾箱傾倒 盤刷和吸嘴擺動 2021 屆畢業設計說明書 10 對拾取垃圾的效果影響很大，因此，吸嘴在正常作業狀態下，應能自動保持最佳離地間隙，離地問隙的調整由可調整的拖輪保證，并使吸口可隨路面的高低而起伏。吸嘴后面連接有臥式掃刷，主要功用是把吸嘴下方的垃圾再次揚起，降低塵粒的懸浮速度，使垃圾 更容易吸到集塵箱。 2021 屆畢業設計說明書 11 3 NKR77LLLACJAY 中型清掃車盤刷結構及設計參數 盤刷的性能要求 為了使盤刷能夠自動適應各種路面狀況，使得路面清掃更加干凈，并且能在遇到緊急情況（如：前方障礙、碰到護欄等）時具有自動避讓功能，并能在最短的時間內恢復工作狀態，盤刷機械必須滿足如下一些性能要求： 盤刷處于清掃作業狀態時，應該可以外伸而且下落，與路面保持一定的間隙浮動接觸。在非工作狀態時，盤刷必須回收并且提升離開路面至一定高度，目的是為了減小車輛寬 度和刷的磨損。因此，盤刷的動作機構必須可以實現外伸下放浮動和回收提升且鎖緊的復合動作。 當盤刷處于下放外伸浮動工作狀態，在行進清掃作業過程中，由于駕駛原因或路面設計的原因，有可能與前方的道路固定設施如護欄枉芏、路緣石等發生碰撞。為了防止盤刷與道路設施之間的剛性撞擊而損壞，所以盤刷必需具有緩和碰撞、避讓障礙和自動恢復的功能。 盤刷處于工作狀態時，盤刷旋轉接地的處必須保證拋塵指向車子中間，同時還要保證作業狀態時具有足夠大的清掃區域和最大清掃寬度。若盤刷的整個圓周平面水平接觸地面旋轉，垃圾 塵粒就會沿盤刷四周的圓周切線方向拋射，這樣垃圾不僅不能拋到車子中間指定的位置，反而會造成了垃圾灰塵到處飛揚擴散即二次污染。盤刷水平接觸地面，會使整個盤刷的刷毛同時與路面接觸旋轉，加快了刷毛的磨損，縮短了刷毛的使用壽命。為了使塵粒實現定向拋射到指定的區域，防止產生二次污染，應調節盤刷使得前方外側中心角為一定角度的局部區域接地。盤刷工作時，只有部分毛刷接地將垃圾拋射到吸風口指定的區域，其它部位的刷毛不接觸地面，因此也不會不擾動路面，所以在清掃車的持續作業過程中，對于一根具體的刷毛來說，只是周期性的間歇參與工作， 在很大程度上減小了刷毛的磨損。盤刷的觸地點位置還必須考慮其接地寬度區域足夠大。這樣才能保證足夠的清掃寬度。為了使清掃車能將在工作區域內的垃圾清掃干凈，盤刷接地區域應與吸塵口或滾刷的工作區域有一定量重合，這樣設計可以有效的提高工作效率。通過查資料，盤刷接地中心角一般取 ? =120o 。盤刷傾斜角，即盤刷與地面的夾角取 3 ~6oo?? ??5 盤刷刷毛應具有良好的彈性和適中的剛度。當盤刷下放，刷毛與路面相接觸后，由于盤刷自重和外加力作用刷毛會產生變形彎曲，對路面產生一定壓力，用以清掃垃圾。當刷毛隨刷盤轉至接地區域內側時，由于盤刷的前傾角度、刷毛變形量呈非線性加速減小，在離開路面時，彈性力完全釋放，刷毛加速回彈，該能量可直接傳遞給垃圾塵粒使其加速拋向內側 ??6 。由于刷毛彈性而產生的回彈效應，可大大提高垃圾塵粒的拋射速度和距離，有效的提高清掃效率。如果刷毛在作業過程中發生塑性變 形，失去彈性，則刷2021 屆畢業設計說明書 12 毛在不接觸地面時，不會產生回彈，就不能將彈性勢能轉化為垃圾塵粒的動能，從而降低拋射速度，也導致了清掃效率的降低。剛度適中的刷毛可使刷毛在離開路面時釋放出大小適當的彈性力作用在垃圾塵粒上使其獲得理想的速度。另外，對于設定的盤刷結構重量和外加力，剛度適中的刷毛可產生適當的變形，能獲得理想的接地面積。 毛接地點絕對速度的大小和方向是影響盤刷清掃性能的重要因素，絕對速度的大小將影響到垃圾塵粒在盤刷刷毛轉動的作用下所獲得的拋塵速度和被拋射的距離，絕對速度的方向將決定垃圾塵粒被拋射的方向 。如果清掃車的行駛速度和方向，刷盤的接地中心角都不變。由圖 4可見，盤刷轉速不同時，刷毛接地點相對于路面的絕對運動速度和方向的變化情況。圖 4（ a)中清掃車的行進速度為牽連速度 v ，盤刷分別以轉速 w 和 2w 旋轉時，刷毛的接地點的線速度為相對速度 s 和2s 。假設知盤刷 接地中心角 ?， 固定不變。由圖4（ b)知，當盤刷以轉速 w 旋轉時，刷毛接地點的絕對速度的大小 w 和方向 ? 分別如下： 圖 4掃盤的運動分析 (其中 o,=90??? ） 2 2 22 2 2222 c osc osc os2 2 c oss v svv s v sv s v sv?????? ?? ? ?? ? ????? 由圖 4（ b）知，當 盤刷以 2w 旋轉時，刷毛接地點的絕對速度大小 ?， 和方向 ?， 分別如下： 2222 2 2 2, 2 2, 22, 2 2,2 2 2 2= 4 s 4 c os 2( 2 2 c os )24 2 c osc os2 443 2 c os2 c os c osc os c os4 4 c os 2 c osvv sv s svv s v sv s v sv c sw s svv s v ss v sv s v sv? ? ????? ?????????? ? ? ? ?? ? ?????? ? ???? ? ?? ? ? ?， 可見， ?， ? ,?， ? ,說明在 清掃車作業行駛速度不變的情況下，通過提高盤刷的轉速 ?可以有效的提高刷毛接地點的絕對速度，也可以改變刷毛邊沿的合成速度方向，使絕對速度的內傾角度 ? 增大，二者的變化趨勢一致。絕對速度的大小，將影響到垃圾在刷毛作用下所獲得的速度及被拋射的距離，而速度的方向決定垃圾被拋射的方向。當拋射速2021 屆畢業設計說明書 13 度 ? 較小而且拋射內傾角 ? 也較小時，塵粒在被毛刷拋射一次后，向車輛內側移動的距離太小，不能進入吸口工作范圍，而仍然停留在盤刷工作范圍內，必須被盤刷再次拋射，才能完成使塵粒從盤刷區域到吸口區域的橫向移動。若盤數的轉速及接地方位不變，而清掃車的作業行進速度發生變化時，也必然影響刷毛的接地點的絕對速度的大小和方向。當 作業行進速度由 v 提高到 2v 時 ??7 ，刷毛的絕對速度的大小由 224 2 c o ss v sv??? ? ?變為 , 2 24 4 c o ss v sv? ? ? 顯然 ,??? 22c o sc o s2 c o svss v v s??????? 變為 , 22 c o sc o s 4 4 c o svss v vs?? ??? ?? 顯然 ,cos cos??? 。因此，若保持盤刷的轉速和接地速度都不變，提高清掃車行駛速度可以增大刷毛接地點的絕對速度，但會減小絕對速度的和內傾角，這二者的變化趨勢相反。 盤刷的結構 圖 5 盤 刷裝置結構 1 連接鏈條 ,2 支座 ,3 擋板 ,4 調整螺栓 ,5 下連接桿